NO761579L

NO761579L -

Info

Publication number: NO761579L
Application number: NO761579A
Authority: NO
Inventors: R L Rueckl
Original assignee: Uss Eng & Consult
Priority date: 1975-05-08
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1976-11-09
Also published as: DE2619928C2; ES447698A2; FR2310177A2; JPS51136507A; DE2619928A1; CA1073709A; AU503814B2; US3989518A; BE841416R; FR2310177B2; SE7605103L; AT351274B; JPS597322B2; IT1070225B; NL7604432A; ATA320876A; GB1543059A; AU1327176A; BR7602791A

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling a<y>pireformer av sintret metallpulver. Procedure for producing a<y>pire forms of sintered metal powder.

Oppfinnelsen angår fremstilling av preformer av metallpulver og nærmere bestemt en fremgangsmåte hvor slike preformer fremstilles ved å sintre metallpartikler i en varmenedbrytbar form. The invention relates to the production of preforms of metal powder and, more specifically, a method where such preforms are produced by sintering metal particles in a thermally decomposable form.

Metallpartikler formes vanligvis i en preform for smiing ved å behandle fullstendig anløpet og nedmalt.pulver i en presisjons-form til en form som er forenelig med et sett sraiesenker. Ved de mer vanlige fremgangsmåter presses pulverne først under høyt trykk og oppvarmes til forhøyede temperaturer for fremstilling av den Metal particles are usually formed in a preform for forging by processing fully annealed and ground powder in a precision mold into a shape compatible with a set of bending dies. In the more common methods, the powders are first pressed under high pressure and heated to elevated temperatures to produce it

ønskede metalldel, eller de presses samtidig under høyt trykk og forhøyet temperatur for fremstilling av preformen som anvendes for fremstilling av den ferdige del. desired metal part, or they are simultaneously pressed under high pressure and elevated temperature to produce the preform which is used to produce the finished part.

Et avvik fra denne behandlingsmetode er beskrevet i US patent-skrift nr. 3811878. Rent summarisk angår dette en fremgangsmåte hvor pulver i atomisert tilstand (uanløpet) blandes med et sucrose-bindemiddel, helles i en form og derefter først brennes ved en temperatur under sintringstemperaturen for å mykne sucrosen og for dannelse av en brent preform med en tilstrekkelig styrke til at den A deviation from this treatment method is described in US patent document no. 3811878. In summary, this relates to a method where powder in an atomized state (unfired) is mixed with a sucrose binder, poured into a mold and then first fired at a temperature below the sintering temperature to soften the sucrose and to form a burnt preform of sufficient strength that it

kan håndteres og videre behandles. De store fordeler ved den sistnevnte fremgangsmåte beror på (i) unngåelsen av pressen for fremstilling av preformen og (ii) muligheten for å anvende pulver på et tidligere behandlingstrinn, hvorved behovet for anløpning og nedmaling unngås. Anvendbarheten av denne "løspaknings"-proséss er can be handled and further processed. The major advantages of the latter method are due to (i) the avoidance of the press for the production of the preform and (ii) the possibility of using powder in an earlier processing step, whereby the need for tarnishing and grinding is avoided. The applicability of this "loose packing" process is

imidlertid ikke desto mindre begrenset da den er avhengig av bruk av et bindemiddel som i det vesentlige består av sucrose, for å oppnå en preform med den ønskede strukturmessige sammenheng. however, none the less limited as it depends on the use of a binder which essentially consists of sucrose, in order to obtain a preform with the desired structural coherence.

Det tas derfor ved oppfinnelsen hovedsakelig sikte på å til-veiebringe en fremgangsmåte, som ligner på "løspaknings"-prosessen, men som ikke desto mindre kan utføres under anvendelse av et be-tydelig større antall forskjellige organiske bindemidler. The invention therefore mainly aims to provide a method which is similar to the "loose packaging" process, but which can nevertheless be carried out using a significantly larger number of different organic binders.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved fremstilling av preformer av sintret metallpulver, som angitt i krav l's overbe-grep, og fremgangsmåten er særpreget ved de trekk som -er angitt i krav l's karakteriserende del. The invention thus relates to a method for the production of preforms from sintered metal powder, as specified in the preamble of claim 1, and the method is characterized by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Den foreliggende fremgangsmåte er forskjellig fra "løspaknings"-proses^en på to vesentlige områder: 1. For utførelse av den foreliggende fremgangsmåte anvende organiske forbindelser eller blandinger derav som får en kompleks, polysyklisk struktur når de oppvarmes til forhøyede.temperaturer. The present method differs from the "loose packing" process in two important areas: 1. To carry out the present method, use organic compounds or mixtures thereof which acquire a complex, polycyclic structure when heated to elevated temperatures.

De anvendte forbindelser behøver ikke å gi en binding lik den binding som oppnås med sucrose. Det er bare nødvendig at de organiske spaltningsproduktér som dannes ved oppvarmingen, gir en tilstrekkelig, binding eller sammenliming av metallpartiklene, inntil en temperatur nås ved hvilken metallpartiklene sintrer sammen under dannelse av en metallpreform. Det er imidlertid nødvendig at den organiske The compounds used do not have to give a bond similar to the bond obtained with sucrose. It is only necessary that the organic decomposition products which are formed during the heating provide a sufficient binding or bonding of the metal particles, until a temperature is reached at which the metal particles sinter together to form a metal preform. However, it is necessary that the organic

har forbindelse eller de organiske forbindelser som anvendes, en spalt-ningshastighet når de oppvarmes, dvs. en avgassingshastighet, som ikke er så hurtig at metallpulvernes sammenpressede struktur vil ødelegges. Det har vist seg at disse to betingelser tilfredsstilles av praktisk talt alle varmtherdnende harpikser og kullhydrater. Det bør imidlertid bemerkes at selv om det for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte ikke er nødvendig å anvende sucrose som bindemiddel eller forkullingsmiddel, vil selvfølgelig sucrose tilfreds-stille de to betingelser og kan således anvendes.. Analogt kan sucrose anvendes i mindre mengder enn de mengder som gjør at den vir.ker som et tilfredsstillende bindemiddel, dvs. i mengder under 1,5 vekt%. I dette tilfelle vil den nødvendige bindemiddelmengde fås ved å supplere sucrosen med et hvilket som helst av de andre, ovenfor beskrevne, tilfredsstillende bindemidler. Tilfredsstillende resultater er blitt oppnådd (i det vesentlige uten anvendelse av sucrose) ved å anvende komplekse og enkle sukkerarter, methyl-cellulose eller stivelser eller fenol-, melamin- eller urea/ formaldehydharpikser. Materialer som har vist seg å være util-fredsstillende i alminnelighet på grunn av at de er tilbøyelige compound or the organic compounds used have a decomposition rate when heated, i.e. a degassing rate, which is not so fast that the compressed structure of the metal powders will be destroyed. It has been found that these two conditions are satisfied by practically all thermosetting resins and hydrocarbons. However, it should be noted that even if it is not necessary to use sucrose as a binder or charring agent for carrying out the present method, of course sucrose will satisfy the two conditions and can thus be used. Analogously, sucrose can be used in smaller amounts than the amounts which makes it act as a satisfactory binder, i.e. in amounts below 1.5% by weight. In this case, the required amount of binder will be obtained by supplementing the sucrose with any of the other satisfactory binders described above. Satisfactory results have been obtained (substantially without the use of sucrose) by using complex and simple sugars, methyl cellulose or starches or phenolic, melamine or urea/formaldehyde resins. Materials which have been found to be generally unsatisfactory due to their tendency

til å avgi gass for hurtig, omfatter kulltjær.ebek, asfalter, gilsonitt og termoplaster. to give off gas too quickly, includes coal tar.ebek, asphalts, gilsonite and thermoplastics.

2. Formen lages av et materiale som er termisk spaltbart ved temperaturer under metallpartiklenes sintringstemperatur. Formen lages slik at de sammenpakkede metallpartikler får en tilstrekkelig sammenhengende struktur i den tid, under oppvarmingen, før det organiske bindemiddel forkulles eller på annen måte spaltes og gir den nødvendige sammenlimirigsvirkning.. Når de organiske forbindelser virkelig spaltes slik at en tilstrekkelig sammenbinding av metallpulverne fås, er det ikke lenger nødvendig med den støtte som den termisk nedbrytbare form gir. Formen kan derfor lages slik at den brenner opp eller på annen måte nedbrytes på et hvilket som helst tidspunkt efter at de organiske spaltningsprodukter har gitt denne binding. Det har således vist seg at f.eks. presset papir-masse lignende den masse som anvendes for eggekartongér og annen emballasje, ga en tilfredsstillende støtte i den nødvendige periode. 2. The mold is made of a material that is thermally cleavable at temperatures below the sintering temperature of the metal particles. The mold is made so that the packed metal particles get a sufficiently coherent structure during the time, during the heating, before the organic binder chars or in some other way splits and gives the necessary cohesive effect.. When the organic compounds are really split so that a sufficient binding of the metal powders is obtained , the support provided by the thermally decomposable form is no longer necessary. The mold can therefore be made so that it burns up or otherwise decomposes at any time after the organic decomposition products have produced this bond. It has thus been shown that e.g. pressed paper pulp, similar to the pulp used for egg cartons and other packaging, provided satisfactory support for the required period.

På den annen side har et annet materiale som er vanlig anvendt for fremstilling av eggekartongér, dvs. polystyrenskum, vist seg å nedbrytes altfor hurtig til at det vil gi en slik støtte. Anvendelsen av termisk nedbrytbare eller forbrukbare former byr på to ytterligere fordeler. I en produksjonslinje med høy kapasitet og høy hastighet kan behovet for å fylle, tømme og tilbakeføre et stort antall former alvorlig innvirke på produksjonsomkostningene. Anvendelsen av On the other hand, another material that is commonly used for the production of egg cartons, i.e. polystyrene foam, has been shown to break down far too quickly to provide such support. The use of thermally degradable or consumable forms offers two additional advantages. In a high-capacity, high-speed production line, the need to fill, empty and return a large number of molds can seriously affect production costs. The application of

slike forbrukbare former minsker omkostningene ved at behovet for such consumable forms reduce the costs by the need for

tilbakeføring og opprettholdelsen av et stort lager av former unngås. De materialer som anvendes for slike forbrukbare former, f.eks. det ovennevnte pressede papir, kan dessuten lett gis komplekse former. Det er vanskelig om ikke umulig å gi vanlig anvendte metallformer eller ildfaste former slike komplekse former. return and the maintenance of a large stock of forms is avoided. The materials used for such consumable forms, e.g. the above-mentioned pressed paper, moreover, can easily be given complex shapes. It is difficult if not impossible to give commonly used metal molds or refractory molds such complex shapes.

fJelv om den foreliggende fremgangsmåte, kan anvendes for en rekke forskjellige metallpulvere, er den spesielt fordelaktig for jernmetallpartikler med et oxygeninhhold som kan reduseres med carbon, på over 200 ppm (dvs., metallpulvere i atomisert tilstand). Ved oppkullingen av slike pulvere i atomisert tilstand er det fordelaktig å kjenne til deres oxydinnhold da det for det første er nødvendig at det organiske bindemiddel reduserer oxydene før det effektivt kan forbinde seg med jernpulveret. Da oppkullingsvirkningen i sterk grad påvirkes av egenskapene til de anvendte pulvere, be-stemmes først den bindemiddelmengde som er nødvendig for oppnåelse av et ønsket sliittcarboninnhold (denne mengde gir som regel en økning på over 0,0.4%). Den korrekte bindemiddelmengde (vanligvis 2-10 vekt%) blandes derefter med metallpulverne. Den erholdte blanding som fortrinnsvis er i det vesentlige tørr- (under 0,5% fuktighet), helles i en termisk nedbrytbar form og vibreres derefter Although the present method can be used for a number of different metal powders, it is particularly advantageous for iron metal particles with an oxygen content that can be reduced with carbon, of over 200 ppm (ie, metal powders in an atomized state). When carbonizing such powders in an atomized state, it is advantageous to know their oxide content, as it is first necessary for the organic binder to reduce the oxides before it can effectively connect with the iron powder. As the carbonization effect is strongly influenced by the properties of the powders used, the amount of binder necessary to achieve a desired spent carbon content is first determined (this amount usually results in an increase of more than 0.0.4%). The correct amount of binder (usually 2-10% by weight) is then mixed with the metal powders. The resulting mixture, which is preferably substantially dry (below 0.5% moisture), is poured into a thermally decomposable mold and then vibrated

for å øke partiklenes egenvekt i sammenpakket tilstand, fortrinnsvis til en volumvekt som er vesentlig høyere enn "den tilsynelatende egenvekt". Den pakkede form oppvarmes derefter til en temperatur over metallpartiklenes sintri.ngstemperatur, slik at (a) bindemidlet herder og (b) den forbrukbare form brennes bort og det fås en sintret preform. Den sintrede preforms temperatur økes derefter til smiingstemperaturen. Disse sistnevnte to trinn utføres fortrinnsvis innenfor et hovedtrinn hvor formen oppvarmes direkte til smiingstemperaturen (fortrinnsvis over 982°C) og hvor den ønskede sintring oppnås ved oppvarmingen til smiingstemperaturen. Ved anvendelse av denne fremgangsmåte kan en hvilken som helst egnet oppvarmingsmetode anvendes, omfattende dielektrisk oppvarming eller mikrobølgeoppvarming, som ikke er mulig ved anvendelse av vanlige metallformer. Da den oppvarmede preform allerede vil være på eller nær smiingstemperaturn når den kommer ut av ovnen, anvendes fortrinnsvis dens følbare varme direkte for smiingen. to increase the specific weight of the particles in a packed state, preferably to a volume weight which is significantly higher than the "apparent specific weight". The packed form is then heated to a temperature above the sintering temperature of the metal particles, so that (a) the binder hardens and (b) the consumable form is burned away and a sintered preform is obtained. The sintered preform's temperature is then increased to the forging temperature. These latter two steps are preferably carried out within a main step where the mold is heated directly to the forging temperature (preferably above 982°C) and where the desired sintering is achieved by heating to the forging temperature. When using this method, any suitable heating method can be used, including dielectric heating or microwave heating, which is not possible when using ordinary metal forms. As the heated preform will already be at or close to the forging temperature when it comes out of the furnace, its sensible heat is preferably used directly for the forging.

Claims

1. Method for the production of preforms of sintered metal powder, where an essentially dry mixture of finely divided (a) metal particles and (b) particles of an organic binder are mixed to obtain an even distribution of these, with a mainly proportion of the finely divided particles are more finely divided than -6 mesh and the particles of the organic binder make up 1.5-10% of the total mixture, a thermally degradable mold is filled with the mixture in a protective atmosphere, the packed mold is heated to a temperature of 648-1316° C for a sufficient time for the metal particles to sinter, thereby forming a sintered preform with a sufficient green strength for it to be processed further, using an organic binder which essentially consists of compounds which, when heated to the sintering temperature. will cleave (i) into a polycyclic structure with a sufficient bond strength that the integrity of the packed structure will be retained until the metal particles sinter together, (ii) at a rate sufficiently slow that a breakdown of the packed structure will be avoided, as the amount of sucrose used is below 1.5% and less than the amount that would have been sufficient to maintain the integrity of the packed structure, and as the form (i) is made in such a way that when it is heated to the sintering temperature, it will decompose only after the organic binder has been cleaved to form the polycyclic structure, and (ii) is made of a material that degrades at a temperature below the sintering temperature.

2. Method according to claim 1, characterized in that the particles in the mold are packed to a volume weight which is significantly higher than "the apparent specific gravity".

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that metal particles of an iron alloy are used and with an oxygen content that can be reduced by carbon, which is significantly higher than 200 ppm, and that the organic binder is used in a sufficient quantity to reduce the oxygen and increase the carbon content by over .0.04%.

4. Method according to claims 1-3, characterized in that the binder is used in an amount of more than 2.0% by weight and that a binder consisting of carbohydrates or heat-setting resins is used.

5. Method according to claims 1-4, characterized in that a binder is used which essentially does not contain sucrose.

6. Method according to claims 1-5, characterized in that pressed paper is used as form material.

7. Method according to claims 1-6, characterized in that the sintering is carried out at a temperature of over 982°C for at least 10 minutes.

8. Method according to claims 1-7, characterized in that the produced sintered preform is removed from the furnace and then forged without significant cooling.